某地鐵基坑傾斜變形估算及監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析

李騰云

某地鐵基坑傾斜變形估算及監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析

李騰云

結(jié)合具體工程實(shí)例,對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程中地下連續(xù)墻的水平位移進(jìn)行了理論估算和實(shí)際監(jiān)測(cè),結(jié)果表明：理論估算和實(shí)際監(jiān)測(cè)在變形最大值、總體變形趨勢(shì)等方面具有較好的吻合度且變形曲線上均存在反彎點(diǎn),同時(shí)對(duì)位移變形規(guī)律的理論計(jì)算曲線和實(shí)測(cè)曲線變形規(guī)律產(chǎn)生的原因進(jìn)行了對(duì)比分析,以保證基坑開(kāi)挖過(guò)程中的施工安全。

基坑,變形估算,測(cè)斜,監(jiān)測(cè)

0 引言

隨著國(guó)家城市基礎(chǔ)建設(shè)的不斷推進(jìn),在城市中修建地鐵、大型高層建筑等等會(huì)遇到越來(lái)越多的長(zhǎng)深大基坑。由于地下工程施工過(guò)程中存在一定的不可預(yù)見(jiàn)性,使得不管是在前期勘探設(shè)計(jì)、中期施工還是后期維護(hù)過(guò)程中,均需要借助監(jiān)測(cè)手段進(jìn)行必要的補(bǔ)充和完善,堅(jiān)持信息化施工原則,保證基坑穩(wěn)定安全,保護(hù)周邊建筑及地下管線等的安全。通過(guò)變形監(jiān)測(cè)結(jié)果,分析和掌握基坑變形的基本規(guī)律,為完善設(shè)計(jì)和改進(jìn)施工工藝提供有價(jià)值的指導(dǎo)性意見(jiàn),也為類(lèi)似工程的施工提供借鑒和參考[1]。在基坑施工設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中,需要及時(shí)地預(yù)測(cè)和掌握基坑的變形及支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀況,適時(shí)加強(qiáng)支護(hù)預(yù)防基坑事故的發(fā)生,保證人員及施工安全。

1 基坑變形估算方法及監(jiān)測(cè)技術(shù)

隨著信息化施工技術(shù)及計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算技術(shù)得到迅速發(fā)展,在基坑變形及位移預(yù)測(cè)出現(xiàn)多種預(yù)測(cè)方法,諸如回歸分析、灰色預(yù)測(cè)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、時(shí)間序列分析等[2]。采用的數(shù)值計(jì)算方法主要有有限元、離散元、邊界元等,在預(yù)測(cè)階段首選是有限元的數(shù)值計(jì)算方法[3]。基坑工程中的監(jiān)測(cè)主要分為基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)和周?chē)h(huán)境的監(jiān)測(cè)兩大方面,其中基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)部分主要包括水平位移、傾斜、沉降、應(yīng)力;周?chē)h(huán)境的監(jiān)測(cè)主要包括：相鄰建筑物的沉降、傾斜及裂縫發(fā)展情況;相鄰構(gòu)筑物、道路、地下管線等的沉降和變形監(jiān)測(cè);周?chē)鷰r土性狀的變化監(jiān)測(cè);樁側(cè)土壓力的監(jiān)測(cè)等等。在施工過(guò)程中往往根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的實(shí)際工況及施工要求,在基坑設(shè)計(jì)及變形監(jiān)測(cè)等方面選擇其中一項(xiàng)或幾項(xiàng)進(jìn)行監(jiān)控,根據(jù)結(jié)果及時(shí)調(diào)整支護(hù)設(shè)計(jì),保證施工及周邊建(構(gòu))筑物的安全。本文結(jié)合某基坑開(kāi)挖工程實(shí)例,從理論計(jì)算和基坑實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)兩方面進(jìn)行分析對(duì)比,從中總結(jié)出基坑變形規(guī)律,可供施工參考借鑒。

2 工程概況

地鐵區(qū)間明挖豎井段采用明挖順作法施工,基坑長(zhǎng)度 47.1m,基坑開(kāi)挖深度 22m。本區(qū)間地下水豐富。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全等級(jí)為一級(jí)。明挖基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用 800mm厚鋼筋混凝土連續(xù)墻,標(biāo)準(zhǔn)段采用 4道支撐,其中第一道為 800mm×1 000mm的混凝土支撐加 1 000mm×1 000mm的冠梁,第二道采用 600mm×800mm混凝土支撐加 800 mm×1 000mm的腰梁,第三道采用800mm×900mm混凝土支撐加 1 000mm×1 200mm的腰梁,第四道為 φ600×16mm鋼支撐 +3Ⅰ36C鋼圍檁。兩端頭增加三道混凝土板撐,地下連續(xù)墻接頭采用 6根 φ600旋噴樁作止水帷幕,旋噴樁與地連墻之間空隙注雙液漿加固土體封堵地連墻接縫。地鐵區(qū)間明挖基坑平面圖(第一道支撐布置平面圖)見(jiàn)圖 1。

3 基坑位移理論變形計(jì)算

為保證施工安全,預(yù)估基坑變形,在施工前期對(duì)基坑的側(cè)向位移進(jìn)行了理論計(jì)算,通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn),在基坑采用設(shè)計(jì)的四道支撐開(kāi)挖后,基坑的側(cè)向位移最大值達(dá)到 23.98mm,彎矩最大值為

1 063.93 kN。

4 基坑監(jiān)測(cè)及結(jié)果對(duì)比分析

4.1 水平位移測(cè)點(diǎn)布置

基坑監(jiān)測(cè)中基坑水平方向位移采用測(cè)斜儀,位移變形警戒值為 2mm/d,水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)共有 8個(gè),測(cè)斜管分布于地下連續(xù)墻內(nèi)。

4.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果

監(jiān)測(cè)結(jié)果中選取其中一個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明,主要包括測(cè)斜位移深度和測(cè)斜速率深度。

1)基坑開(kāi)挖后的最大側(cè)向位移為 27.25 mm,與理論計(jì)算的最大位移基本一致,說(shuō)明了基坑位移的理論計(jì)算結(jié)果具有可參考性。2)墻體側(cè)向位移變形曲線理論及實(shí)測(cè)變化趨勢(shì)均為弓形變形曲線,整個(gè)曲線向坑內(nèi)凸出,變形曲線上均存在反彎點(diǎn),但二者反彎點(diǎn)產(chǎn)生的位置及數(shù)量對(duì)應(yīng)關(guān)系不完全一致,不明顯,且實(shí)測(cè)變形曲線上存在正負(fù)位移,理論計(jì)算的變形曲線不存在。二者的最大位移均發(fā)生在基坑中部靠下的位置。3)實(shí)測(cè)測(cè)點(diǎn)中累計(jì)變形總體隨著時(shí)間的推移部分呈遞增趨勢(shì),但累計(jì)變形量并不是單調(diào)遞增。理論計(jì)算變形由于涉及一個(gè)測(cè)點(diǎn),故不存在該特點(diǎn)。4)測(cè)斜速率深度曲線變形總體上呈線性變化,從形狀上看上寬下窄。上寬表明測(cè)斜的速率變化在深度方向上部的變化大,下窄表明測(cè)斜的速率變化在深度方向上下部的變化大些。需要說(shuō)明的是在速率深度曲線中總體曲線變化仍較均勻。

4.3 結(jié)果對(duì)比分析

1)理論及實(shí)測(cè)變形曲線總體均為弓形變形。既有研究認(rèn)為可以將地下連續(xù)墻簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁[4],最大變形值為其最大相對(duì)撓度,出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因,是由于第二道支撐的設(shè)置,一般總是在開(kāi)挖到第二道支撐的底標(biāo)高以下為了方便施工等原因才能設(shè)置,設(shè)置以后鋼筋混凝土支撐凝固時(shí)會(huì)產(chǎn)生收縮,而后開(kāi)始受力。在這個(gè)過(guò)程中支撐梁本身要產(chǎn)生壓縮變形,同時(shí)腰梁混凝土也要產(chǎn)生側(cè)向彎曲變形,因此從支撐設(shè)置結(jié)束至產(chǎn)生支撐作用的滯后時(shí)間較長(zhǎng),第二道支撐的設(shè)計(jì)支撐力部分將由第一道支撐與坑底以下的被動(dòng)土壓力承擔(dān),至第二道支撐產(chǎn)生作用之前,地下連續(xù)墻已產(chǎn)生較大的變形,直到支撐產(chǎn)生作用,但由于混凝土支撐屬被動(dòng)受力結(jié)構(gòu),因而產(chǎn)生的變形并不能恢復(fù),在支撐區(qū)域外側(cè)仍能產(chǎn)生向坑內(nèi)變形,因此在位移曲線上便產(chǎn)生了向坑外的彎曲,但彎曲的位移不大。同理第三道支撐的工況與第二道相似。因此不管是理論計(jì)算還是實(shí)測(cè),基坑支護(hù)過(guò)程中均考慮了設(shè)置支撐的工序,故二者的變化曲線上均出現(xiàn)了反彎點(diǎn)。2)基坑淺部墻體側(cè)向位移出現(xiàn)負(fù)值的原因主要是地下連續(xù)墻作為一種柔性墻,并且設(shè)置支撐體,在基坑向下開(kāi)挖到一定深度后,地下連續(xù)墻墻頂位移會(huì)出現(xiàn)位移不變或者逐漸向基坑外移動(dòng),墻體腹部向基坑凸出。3)墻體位移在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)比較大的變化,主要與施工工序有關(guān),尤其是與現(xiàn)場(chǎng)注漿施工有關(guān)系,注漿過(guò)程中由于有較高的注漿壓力,墻體會(huì)產(chǎn)生小部分的位移增量,在注漿加固土體結(jié)束后,由于水泥漿的加固作用,土體強(qiáng)度得到提高,變形得到控制。

5 結(jié)語(yǔ)

1)基坑變形的理論預(yù)測(cè)及實(shí)測(cè)曲線在變形趨勢(shì)及位移最大值上表現(xiàn)出總體的一致性,說(shuō)明了理論計(jì)算及實(shí)測(cè)數(shù)值均具有參考價(jià)值,通過(guò)理論計(jì)算可總體上掌握基坑的變形規(guī)律,通過(guò)監(jiān)測(cè)可及時(shí)掌握基坑的變形,在施工過(guò)程中兩種方法互為補(bǔ)充,有效保證施工安全和周邊建筑及地下管線的安全,降低和避免基坑事故的發(fā)生。

2)實(shí)測(cè)曲線個(gè)別位置的變化規(guī)律對(duì)理論計(jì)算曲線具有更強(qiáng)的隨機(jī)性和不確定性,這主要與施工工序、開(kāi)挖深度及土體性質(zhì)的非均質(zhì)性有關(guān)。

3)本基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移變形總體上呈現(xiàn)弓形變形,基本上滿足簡(jiǎn)支梁的理論假設(shè),由于施工過(guò)程中的工序轉(zhuǎn)換等原因?qū)е伦畲笪灰泣c(diǎn)下移。

[1]林 鳴,徐 偉.深基坑工程信息化施工技術(shù)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2006.

[2]范 建,師旭超.深基坑變形預(yù)測(cè)方法綜述[J].西部探礦工程,2006(4)：29-31.

[3]靳 璞,李東海,劉 軍.地鐵深基坑變形預(yù)測(cè)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析[J].市政技術(shù),2008(1)：28-30.

[4]劉國(guó)彬,王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2009.

On the incline deform ation estimate and monitoring result contrastive analysis of subway foundation pit

LITeng-yun

Combining with specific engineering project,this paper theoretical estimates and actual tests horizontal displacement of diaphragm walls during dig the foundation pitand results show that：theoretical estimate and the actual test has a better fit in maximum in the deformation monitoring,the overall trend of deformation,etc.,and there are inflection points in the deformation curve.Meanwhile,contrastive analysis produce causes the theoretical calculate curve of disp lacement deformation ru le and road-testdeformation rule to ensure excavation safety during dig the foundation pit.

foundation pit,deformation estimation,inclinometer,monitoring

U 231

A

1009-6825(2011)09-0067-02

2010-12-06

李騰云(1968-),男,高級(jí)工程師,中鐵三局集團(tuán)有限公司,山西太原 030001